70 let IJS

Raziskovalec iz Odseka za tehnologijo površin uporablja optično emisijsko spektroskopijo. Odsek je v zadnjih letih razvil več kot deset s patenti zaščitenih tehnoloških postopkov.

Varilska očala so dober primer tehnološkega razvoja, ki najde pot v vsakdanjo rabo. V preteklosti so na IJS razvili veliko takih izdelkov. Zlasti v 80. letih, ko je inštitut uspešno sodeloval z različnimi podjetji, še posebej z Iskro, telekomunikacijskim in informacijskim konglomeratom s približno 30.000 zaposlenimi. Pozneje, s propadom, olastninjenjem in razdrobitvijo podjetja, pa tudi s krizo ob osamosvojitvi Slovenije, je bilo sodelovanja med IJS in gospodarstvom manj. A temeljne raziskave so na inštitutu potekale takrat in potekajo še danes. Takšne, ki jih opravlja dr. Saša Prelovšek Komelj.

V pogovoru z njo kar mrgoli izrazov, kot so kvarki, antikvarki, barioni, nevtrini, hadroni, mezoni … Njeno področje so podatomski delci, taki torej, ki so manjši od atoma. K sreči je dr. Prelovšek Komeljeva, tako kot še številni raziskovalci z IJS, tudi pedagoginja – predava na ljubljanski Fakulteti za matematiko in na Univerzi v Regensburgu. Zato zna po krajšem premisleku stvari razložiti tako, da so razumljive laiku. Vsaj deloma. “Moje področje raziskovanja je predvsem močna sila, ki je poleg elektromagnetne, gravitacijske in šibke sile ena od štirih sil, delujočih v vesolju,” razloži.

“Močna sila je najmočnejša od vseh in deluje na kratkih razdaljah v jedru atoma – med delci, ki sestavljajo protone.” V nadaljevanju pojasni, da so protoni in nevtroni poleg elektronov osnovni gradniki sveta okoli nas, sestavljeni iz različnih kvarkov. Od tu naprej pa postanejo stvari precej zapletene. Dr. Prelovšek Komeljeva raziskuje neobstojne vrste kvarkov. “Kvarka c in s se pojavljata ob trkih elektronov ali protonov, na primer v pospeševalnikih na Japonskem in v Cernu.

Za raziskovanje sodelovanja ljudi in robotov, ki ga bo v prihodnosti vse več, so humanoidni roboti še posebej primerni.

Njuna ‘življenjska doba’ se meri v nanosekundah in še manjših enotah. Če hočemo razumeti osnovne zakonitosti narave, moramo preučiti tudi te vrste kvarkov,” pravi. Ko sogovornica mimogrede navrže, da vsota mas kvarkov, ki sestavljajo proton, znaša le odstotek mase protona, ves preostali del pa izhaja iz močne interakcije med kvarki, saj je “na delu” Einsteinova enačba za razmerje med energijo in maso, je čas za priznanje, da ste se izgubili. Raziskave dr. Prelovšek Komeljeve so v očeh nepoznavalca vrtoglavo nedoumljive; ne nazadnje zaradi omejene procesorske moči računalnikov še pred nedavnim sploh ne bi bile izvedljive. Vsaj ne v razumnem času. “Za razmeroma preprost izračun, za katerega je potrebnih nekaj korakov, potrebujemo okoli tisoč računalniških jeder, izračun pa traja približno leto,” pove.

Za pomembne dosežke v teoretični fiziki osnovnih delcev je znanstvenica, sicer tudi mama treh otrok, prejela Zoisovo priznanje. “V Sloveniji je prva vpeljala izračune kvantne kromodinamike na mreži – to je edini teoretični pristop za študij močne sile v hadronih ab initio. S sodelavci iz Avstrije in Kanade je prva teoretično potrdila obstoj takih stanj, ki vsebujejo kvark s ali c,” so med drugim zapisali v utemeljitvi. Sogovornica pojasni, da so hadroni stanja, sestavljena iz kvarkov, najbolj znana hadrona pa sta proton in nevtron. Velika večina hadronov zaradi močne sile hitro razpade in prav to je področje raziskav dr. Prelovšek Komeljeve. “Raziskovalci iz pospeševalnikov poročajo o odkritjih različnih zanimivih stanj, ki so sestavljena iz kvarkov,” pove.

Z mednarodno skupino s teoretskimi izračuni raziskuje, ali se opažene lastnosti teh stanj ujemajo z napovedmi osnovne teorije in kakšna je njihova narava. Včasih pa tudi sama predlaga praktične poskuse, s katerimi naj bi poiskali še neodkrita stanja.

Jedrski reaktor TRIGA v Podgorici, ki deluje v okviru IJS, ima izjemen raziskovalni in izobraževalni pomen. Leta 1966 zgrajeni reaktor omogoča tudi raziskave z nevtroni in žarki gama ter izdelavo radioaktivnih izotopov.

S temeljnimi raziskavami se ukvarja tudi dr. Muševič. Med drugim je odkril, da ko v tekoči kristal vstavimo mikroskopske stekleno-koloidne kroglice, nastanejo t. i. topološki defekti. In da v strukturi vijačnih tekočih kristalov, ki razvijejo defekte, zaradi tega nastanejo vozli in spleti, s katerimi so kristali dokaj trdno povezani med sabo. O tem je leta 2011 revija Science objavila članek, ki je zbudil veliko zanimanja. “Vozli in spleti so matematična disciplina, ki se je začela pospešeno razvijati na začetku 20. stoletja, v fiziki pa so se njeni učinki začeli poznati šele v povezavi s temi odkritji sto let pozneje,” pravi dr. Muševič. Meni, da bi to odkritje lahko imelo zelo koristne posledice: “Zamislil sem si, da bi s temi defektnimi nitkami v fotoniki lahko povezovali valovode in različne optične elemente, kot so mikrolaserji.”

Možnost rabe vidi tudi v računalništvu. “V telekomunikacijah so električne signale in žice pri prenosu signalov uspešno zamenjali veliko zmogljivejši optični vodniki in svetloba. Mikroelektronika je po desetletjih razvoja skoraj dosegla skrajne meje, zato se je rast njenih zmogljivosti ustavila.” Dr. Muševič pravi, da zaradi tega danes iščejo tehnološke rešitve, kako pri prenosu informacij v računalnikih električni tok nadomestiti s svetlobo. “Je pa to vprašanje popolnoma odprto. Kako to napraviti, ne ve nihče.”

Sogovornik navede primerjavo s parnimi lokomotivami: “V 19. stoletju so doživele vrhunec, inženirsko so bile do potankosti dodelane, zato se je razvoj ustavil. Potreben je bil izum motorja z notranjim izgorevanjem, da je tehnologija lahko šla naprej. Zdaj pričakujemo podoben preboj v fotoniki in bo elektriko v računalnikih nadomestila svetloba.” Tu bi po njegovih besedah lahko našli mesto tekoči kristali.